Сара Драй - Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты

Проект MODE радикально изменил представление об энергии и движении в океане. Но в неменьшей степени он изменил представление об океанографических исследованиях. Десятки ученых из нескольких стран, интенсивно сотрудничая на протяжении короткого периода времени, собрали громадное количество данных и совершили важнейший прорыв. Казалось, наступило то самое утопическое светлое будущее, о котором мечтал Ричардсон, представляя себе огромную вычислительную организацию, где 64 000 «вычислителей» объединятся для составления численных прогнозов погоды. Хотел бы он сам, человек, славившийся своим независимым духом, жить в таком прекрасном новом мире – неизвестно. Стоммел не приветствовал наступление подобного будущего: его отталкивала как административная сторона крупных проектов, так и использование для раскрытия тайн океана грубой силы, а не физических теорий. Для него научные прорывы были важны как результат личных усилий. «Открытие нового в науке настолько сложный процесс, что может быть достигнуто только индивидуальным разумом, – писал он, пытаясь донести до других крик своей души в статье "Почему мы – океанографы?". – Для некоторых из нас в этом и состоит главная привлекательность научной работы. В этом отношении наука похожа на живопись, сочинение музыки или поэзии… все это начинается с индивидуального выбора темы, стиля, средств, объекта» [293] Stommel, «Why We Are Oceanographers,» 50. .

Стоммел отводил ключевую роль тому вкладу, который могла внести в решение важнейших океанографических проблем отдельная личность (или группа единомышленников, добровольно решивших временно объединить силы, как в идеализированной исследовательской экспедиции). Он считал, что работа над такими фундаментальными проблемами, а именно – как происходит движение океанических вод в масштабе бассейна или даже в глобальном масштабе, под силу только лучшим умам-одиночкам. Но для этого требовались данные – не слишком много и не слишком мало, однако достаточно данных. А получить их можно было только с помощью очередных проектов, для чего следовало подготовить массу документов, получить гранты, организовать логистику и сделать много чего другого, что отнимало драгоценное время, которое в противном случае можно было бы потратить на научные размышления. Парадокс заключался в том, что чем более грандиозными становились идеи Стоммела, тем больше данных требовалось ему для их проверки, а это, в свою очередь, требовало все более крупных проектов. Стоммел не мог вернуться в 1948 г., когда он, молодой ученый-одиночка, по сути, вычислил Гольфстрим с помощью нескольких уравнений.

Стоммел, как никто, испытывал противоречивые чувства относительно проекта MODE. С одной стороны, благодаря этому проекту прежний полусонный океан уступил место новой, будоражаще динамичной водной стихии. Но с другой стороны, успех этого проекта сигнализировал о том, что наука, которую любил Стоммел, – наука, которая двигалась вперед силой индивидуального разума и сотрудничеством горстки независимо мыслящих ученых, – постепенно уходила в прошлое. Это был переходный момент, когда океанография пребывала в равновесии между прошлым (уже ставшим предметом ностальгии), когда ученые могли самостоятельно определять свой путь, и будущим, в котором науку будут двигать крупные проекты, а не блестящие идеи ярких личностей. Этот переход еще не произошел, но проект MODE наглядно показал Стоммелу, что трансформация началась.

В конце концов Стоммел пришел к выводу, что лучший, а на самом деле единственный, способ двигаться вперед – это «браться за различные океанографические явления по отдельности, как если бы они были независимы друг от друга (каковыми они, разумеется, не являются)» [294] Henry Stommel, «Theoretical Physical Oceanography,» Collected , I-119. . Чтобы изучить океаническую «механику», ее следовало в теории разделить на составляющие, разумеется помня о том, что она функционирует лишь как единое целое. Это означало, что на вопросы, поднятые проектом MODE, можно было ответить только с помощью других подобных экспериментов, нацеленных на исследование других частей океанической системы. Вот почему Стоммел, несмотря на опасения по поводу новой «большой океанографии», продолжал участвовать в крупномасштабных проектах, аналогичных MODE, в том числе в последовавшем за ним проекте POLYMODE, реализованном в сотрудничестве с советскими учеными. Проекты следовали один за другим: с 1973 по 1978 г. было проведено в общей сложности девять экспериментов с полным «алфавитным набором» аббревиатур – MODE, GARP, NORPAX, JASIN, CUEA, SDO, INDEX, ISOS и GEOSECS.

Благодаря этим экспериментам в 1970-х гг. стало ясно, что ответ на вопрос, где в океане существуют вихри, довольно прост. Океанографы находили их почти всюду, куда бы ни посмотрели [295] Francis Bretherton, «Reminiscences of MODE,» in Physical Oceanography: Developments since 1950 , 26. . Вихри обнаружились в северной части Тихого океана, в Арктике, в Индийском океане и даже в Антарктике. В 1976 г. Джон Сваллоу и другие задались противоположным вопросом: есть ли в океане такие места, где нет вихрей? Теперь казалось, что подобных мест не существует, и этот факт – вкупе с тем количеством энергии, которое содержалось в вихрях, – наводил на мысль, что вихри были не случайными явлениями в океанической циркуляции, а ее неотъемлемой и важнейшей составляющей [296] Swallow, «Variable Currents,» 24. .

Наблюдения за вихрями, существующими рядом с Гольфстримом, позволяли предположить, что, вместо того чтобы ослаблять энергию течения, они, напротив, усиливали ее. Другими словами, вязкость вихрей – то, в какой степени они действовали в качестве тормоза или канала утечки энергии из системы, – была отрицательной. Анализируя собранные данные, теоретик-океанограф Питер Райнс обнаружил признаки того, что «маленькие вихри соединяются в несколько больших более медленных рингов. Этот процесс полностью обратен той абсолютно хаотичной трехмерной турбулентности, в которой энергия рассеивается во все более и более мелкие вихри, пока в конечном итоге не теряется из-за вязкостного сглаживания потока». Такое удивительное и контринтуитивное слияние вихрей, продолжал Райнс, заставляет переосмыслить наши представления об особенностях турбулентности в океане. Классический пример, используемый для иллюстрации турбулентности, – чашка чая, в которой размешали молоко, – больше не мог служить надежной моделью. «Очевидно, что океан – это не чашка чая, – заключал Райнс, – и не соответствует тому простому предположению, что энергия, содержащаяся в интенсивных течениях и вихрях, перетекает из системы в крошечные вихри, где в конечном итоге рассеивается под действием вязкости» [297] Peter Rhines, «Physics of Ocean Eddies,» Oceanus 19, no. 3 (1976): 31. .